短电弧加工机床专用运动控制器研制

论文摘要

特硬、超强、高韧性等难加工材料的表层高速去除加工,始终是困扰机械加工领域的一道世界性技术难题。短电弧加工技术以其经济高效、低能耗、节省材料、低噪声污染等技术特点,成为一种极具市场潜力、有着良好发展前景、高效实用的硬面材料加工技术。由于短电弧加工技术是通过长期的实践总结得出的,其机理尚在研究阶段,该技术在应用方面大都仍然采用传统车削机床的控制方式,为了短电弧机床机理研究和数控化应用的需要,开发一台数控短电弧机床十分必要。而作为数控机床的核心部件,运动控制器的研发极其关键。本人在攻读硕士期间,采用高性能单片机、CPLD、双口RAM设计完成ISA总线的运动控制器。使系统的数据处理、插补速度及精度优于一般采用单片机的运动控制器,同时避免了采用DSP所带来的高成本。运动控制器不仅具有完成实时要求较高的插补功能,同时具有I/O输入输出以及AD转换、DA输出的功能。因此本文选用Cygnal公司的80C51F020芯片作为主控制器,此芯片I/O口众多,内置交叉开关,按照要求可以改变各个I/O口的属性,而且自带ADC/DAC;采用能够自由组合逻辑的CPLDEPM7128芯片粘合运动控制器中的各种逻辑电路以减少运动控制器的芯片数量,简化运动控制器的电路和减少各个芯片之间的干扰;采用双口RAMIDT7005进行上位机与下位机之间的数据缓冲,以消除上下位机之间数据读写的不同步带来的不便;采用ISA通用接口与上位机进行通讯来完成运动控制器的设计与实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 运动控制器概述
• 1.3 运动控制器在国内外发展现状
• 1.4 运动控制器的分类
• 1.5 课题的来源、背景和意义
• 1.5.1 课题的来源
• 1.5.2 课题的背景
• 1.5.3 课题的意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第二章 控制器的整体设计
• 2.1 控制器的整体设计
• 2.2 研究的内容与目标
• 2.3 可供选择的总体方案
• 2.4 运动控制器方案总体设计
• 2.5 运动控制器的设计
• 2.5.1 计算机与MCU 通信模块
• 2.5.2 MCU 主控制器模块
• 2.5.3 数字逻辑处理模块
• 2.5.4 输入输出模块
• 2.5.5 AD 采样与DA 输出
• 2.6 C8051F020 微处理器模块介绍
• 2.7 CPLD 逻辑转换器件EPM7128
• 2.8 ISA 总线与双口RAM 接口设计
• 2.8.1 ISA 总线
• 2.8.2 双口RAM IDT7005
• 第三章 运动控制器的硬件设计
• 3.1 系统与计算机通讯方式
• 3.2 主控制器与硬插补电路
• 3.2.1 微处理器C8051F020 在运动控制卡中具体应用
• 3.2.2 主控制器电路
• 3.2.3 与外设的接口和地址分配
• 3.3 输入输出开关量与电机伺服信号的输入输出
• 3.3.1 1/0 开关量的输入输出
• 3.3.2 运动控制器原理图以及PCB 图
• 第四章 运动控制器的固件程序设计
• 4.1 主机与运动控制器的数据通讯软件设计
• 4.1.1 主机与控制器的通讯流程
• 4.1.2 双端RAM 中的空间分配
• 4.2 C8051F020 单片机软件设计
• 4.2.1 中断处理
• 4.2.2 主程序
• 4.2.3 G 代码识别
• 4.2.4 插补程序
• 4.2.5 位置程序
• 4.3 CPLD 的逻辑粘合
• 第五章 运动控制器驱动程序开发
• 5.1 概述
• 5.2 驱动程序开发方法
• 5.3 驱动程序设计
• 5.3.1 设备驱动程序概述
• 5.3.2 设备驱动程序开发工具WinDriver 功能简介
• 5.3.3 模式驱动程序的开发流程
• 5.3.4 WinDriver 程序开发的基本步骤（Delphi 7 下）
• 5.3.5 移植驱动样本中的API 函数代码，建立用户模式的驱动程序
• 5.3.6 利用Delphi 7 开发上位机试验平台
• 第六章 运动控制器的抗干扰设计
• 6.1 电磁干扰综述
• 6.1.1 干扰的分类
• 6.1.2 消除干扰的办法
• 6.2 数字电路的抗干扰考虑
• 6.2.1 抑制干扰源
• 6.2.2 切断干扰传播路径
• 6.2.3 提高敏感器件的抗干扰性能
• 6.3 高速电路板抗干扰设计的注意事项
• 6.4 系统的软件抗干扰
• 6.4.1 开机自检
• 6.4.2 软件陷阱
• 6.4.3 程序“跑飞”处理
• 6.4.4 输出端口刷新
• 6.4.5 软件“看门狗”
• 第七章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附录一 I/O 量引脚分配表
• 附录二 运动控制卡原理设计总图
• 附录三 运动控制卡设PCB 计总图